汽车电工与电子基础（第3版）：学习任务七-新能源汽车电路认知

汽车电工与电子基础（第3版）

全国中等职业学校课程改革规划新教材

直流电路认知正弦交流电认知磁路与变压器认知汽车电气元件认知学习任务一学习任务二学习任务三学习任务四常用半导体元件应用数字电路基本知识认知新能源汽车电路认知汽车微机控制系统认知学习任务五学习任务六学习任务七学习任务八

学习任务七

活塞连杆组故障诊断与修复新能源汽车电路认知

任务要求

完成本学习任务后，你应该能：1．了解新能源汽车的基本机构；2．掌握新能源汽车电路的基础元件及功用；3．掌握高压电的基础理论；4．掌握新能源汽车安全防护工具的选择和使用；5．掌握新能源汽车检修基础工具的使用。

任务概述

截至2016年年底，全国机动车保有量达2.9亿辆，其中汽车1.94亿辆，而我国2014年和2015年的原油消费总量分别51814.4万t和55160.2万t；原油进口分别为36179.6万t和39748.6万t；随着汽车保有量的增加，我国原油消耗量也逐年增加，与此同时，原油对外依存度远远超过50%的国际警戒线，加之全球环境问题日益突出，发展新能源汽车刻不容缓，近年在政府的引导下国内新能源汽车蓬勃发展，而新能源汽车的发展离不开各种新型电路元件的使用；如动力电池、高压配电盒、DC/DC、车载充电机、电机控制器、充电设备。本学习任务主要学习新能源汽车电路基础元件、高压基本理论、高压维修专用工具的基本知识。1.新能源汽车结构认知；2.新能源汽车作业安全。

主要学习任务建议学时14

学时

子任务１

活塞连杆组故障诊断与修复新能源汽车结构认知

任务描述

动力电池、高压配电盒、DC/DC、车载充电机、电机控制器是新能源汽车的重要组成部分，而充电设备是新能源汽车得以正常工作的保证。本任务主要学习新能源汽车的基本结构、新能源汽车电路基础元件。1.了解新能源汽车的基本结构；2.掌握新能源汽车电路基础元件。

学习目标建议学时6

学时

（一）新能源汽车的基本结构1．新能源汽车的定义2012年6月国务院通过《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》。规划对新能源汽车进行了定义和分类。规划指出，新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车。本章节主要以纯电动汽车为例。2．纯电动汽车的结构纯电动汽车EV(ElectricalVehicle)的结构与传统车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机。电力驱动控制系统的学习任务七新能源汽车电路认知组成与工作原理如图7-1所示，它由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块3大部分组成。一、理论知识准备

（一）新能源汽车的基本结构2．纯电动汽车的结构当汽车行驶时，由动力蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电机运转，电机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。一、理论知识准备图7-1电力驱动控制系统的组成与工作原理

（一）新能源汽车的基本结构2．纯电动汽车的结构1）电力驱动主模块电力驱动主模块主要包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置。它的功用是将储存在蓄电池中的化学能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速或下坡时将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。中央控制单元根据来自加速踏板和制动踏板的输入信号判断驾驶员意图，并向驱动控制器发出相应的指令，对电机进行起动、加速、减速、制动控制以达到驾驶员预期。驱动控制器（电机控制器）根据来自中央控制单元的指令结合电机的速度和电流反馈信号，对电机的驱动转矩和旋转方向进行控制（由于电机的种类不同驱动控制器需与电机配套使用）。一、理论知识准备

（一）新能源汽车的基本结构2．纯电动汽车的结构1）电力驱动主模块电机在电动汽车中充当发电机和电动机的双重角色，即在正常行驶时发挥电动机作用，将电能转化机械能驱动车轮；在车辆减速或下坡滑行时发挥发电机作用，将车轮的动能转化电能。机械传动装置是将电机的驱动转矩传输给汽车的车轮。2）车载电源模块车载电源模块主要有动力蓄电池、能量管理系统、充电控制器。它的功用是向电机提供驱动电能，监测电源的使用情况以及控制充电设备向蓄电池充电。纯电动汽车常用的动力电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等。一、理论知识准备

（一）新能源汽车的基本结构2．纯电动汽车的结构2）车载电源模块能量管理系统主要是指电池管理系统，它的主要功能是对电动汽车动力电池单体及电池包的充放电电流、温度、SOC进行实时监控。充电控制器是把交流电转化为与电动汽车动力蓄电池电压相适应的直流电，并根据需要控制电流值。3）辅助模块辅助模块包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台和辅助装置。辅助动力源主要由辅助电源和DC/DC功率转换器组成，其中辅助电源一般为12V或24V低压蓄电池，纯电动汽车取消了传统汽车上的发电机，需要DC/DC将高压直流电转化为低压直流电给低压蓄电池供电。辅助动力源的作用是给动力转向系统、制动力调节控制系统、制动真空泵、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。一、理论知识准备

（一）新能源汽车的基本结构2．纯电动汽车的结构3）辅助模块动力转向单元是为实现汽车按驾驶员意图行驶而设置的，它由转向盘、转向器、转向机构和转向轮组成。作用在转向盘上的控制力，通过转向器和转向机构使转向轮偏转一定的角度或回正以实现汽车按驾驶员意图行驶。驾驶室显示操纵台的功能是为驾驶员提供所需的运行参数，与传统车相比其信息指示多采用数字或者液晶屏幕显示。驾驶室显示操纵台因电动汽车驱动控制的特点与传统车不同，其显示信息有所不同（电动汽车驾驶室显示操纵台主要增加了动力系统和动力电池包的相关信息的显示）。辅助装置主要有照明、空调、各种声光信号装置、各种娱乐设施、刮水器、电动门窗、电控玻璃升降器、电动座椅、电动后视镜调节以及各种主动和被动安全防护控制器。辅助装置主要是为了提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的，可根据需要选配。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件1．动力蓄电池动力蓄电池作为车动汽车动力源，它的作用是为驱动电机及电动空调提供能源，同时给电压蓄电池提供能源，保证辅助模块的正常工作，在充电或者能量回收时快速高效的将电能储存起来。新能源汽车主流的动力蓄电池有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、燃料电池、AGM蓄电池等，常见动力蓄电池如图7-2所示。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件1．动力蓄电池

一、理论知识准备图7-2常见动力蓄电池a)燃料电池；b)AGM电池；c)镍氢电池；d)锂电池

（二）新能源汽车电路的基本元件1．动力蓄电池动力蓄电池的能量密度、功率密度、充放电性能、使用寿命、使用成本、单体电池一致性和安全性能是选择动力电池的关键指标。由于动力蓄电池电压高达几百伏，而铅酸蓄电池的额定电压为2.1V，镍氢电池为1.2V，锂电池最高为3.7V，故动力电池包需要将单体电池串联以达到所需电压，且蓄电池单体容量有限，必要时需将单体电池并联以增加整个动力蓄电池的容量。由于动力蓄电池电压高达几百伏，为保证使用和维修安全动力电池需在BMS（电池管理器）的监控下才能输出高压电；在维修时为了防止误操作，在高压作业时需断掉低压蓄电池并拔下维修开关且将维修开关随身携带或放在特定的箱子中上锁存放，且在断开维修开关以后需间隔一定时间方可开始维修（具体时间见各车型维修手册）。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件2．DC/DC功率转换器纯电动汽车取消了发动机系统,为保证车辆低压辅助装置的正常供电需要将动力蓄电池的高压直流电转化成低压直流电，DC/DC功率转换器的原理是将高压直流电通过IGBT模块转变成高压交流电，然后通过变压器将电压降低12V或24V，再将12V或24V交流电转变为直流电给车辆低压辅助装置供电，同时给低压小电池补充充电。DC/DC功率转换器会根据采集到低压小电池的实际电量以及车辆低压辅助装置工作状态及时调整自己的功率。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件3．高压配电柜(盒/箱)由于新能源汽车工况的不同来自动力蓄电池或充电设备以及制动回收的高压大电流的去向不同，为保证各高压组件合理分配电能同时考虑结构设计紧凑，线路布局方便，检修方便快捷。新能源汽车将通往各个高压组件的接触器集成在一起由电池管理系统统一管理。图7-3所示为BYDE5高压配电箱。高压配电柜（盒/箱）的主要元件是高压接触器，接触器的作用是用来接通或者切断带有负载的主电路。接触器的工作原理类似于继电器。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件3．高压配电柜(盒/箱)

一、理论知识准备图7-3BYDE5高压配电箱

（二）新能源汽车电路的基本元件4．电机控制器电机控制器的功能是根据挡位、节气门、制动等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的起动运行、加速或爬坡行驶，在电动汽车制动时电机控制器需要控制电机进行能量回收车辆的动能部分转化为电能存储在动力蓄电池中。图7-4所示为比亚迪E5电机控制器的工作原理图。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件4．电机控制器

一、理论知识准备图7-4比亚迪E5电机控制器的工作原理a)电机驱动车辆前进;b)发电机给动力蓄电池充电

（二）新能源汽车电路的基本元件5.电机在新能源汽车上采用的电机需要根据工况选择不同的工作模式，在车辆前进时电机的作用是驱动车轮前进，此时电机作为电动机使用；而在车辆制动或下长大下坡时，电机需要接受来自车轮的动能并将其转化成电能为动力蓄电池充电，此时电机作为发电机使用。6.电动空调空调分为制冷和采暖两个子系统，在新能源汽车上空调采暖的核心元件是空调PTC，其工作原理是根据驾驶员需求，利用动力蓄电池提供的电能将PTC中的冷却液加热到一定温度，再通过水泵将冷却液泵入空调蒸发器来加热空气，然后通过空调鼓风机将合适温度的空气送入驾驶室。电动压缩机的工作原理与传统车压缩机一样，仅仅是动力源发生改变。图7-5所示为比亚迪E5纯电动汽车的空调系统实物图。一、理论知识准备

（二）新能源汽车电路的基本元件6.电动空调

一、理论知识准备图7-5比亚迪E5纯电动汽车的空调系统a)电控压缩机；b)空调PTC

子任务2

活塞连杆组故障诊断与修复新能源汽车作业安全

任务描述

新能源汽车的电压高达几百伏，给我们的维修带来了很多的安全隐患，本任务主要是对电的相关知识进行学习，了解其特性，了解相应的绝缘检测防护工具，以便今后学习和工作安全高效。1.了解电对人体的伤害；2.了解新能源汽车维修过程中可能产生的其他危害；3.认识一般的绝缘检测防护工具并会合理使用。

学习目标建议学时6

学时

（一）电对人体的伤害1.人体的电阻人体的电阻与体肤的干燥程度，人体两端电压，电源的类型，人的年龄、健康状况（包括皮肤是否有损伤）、情绪、通电时间等诸多因素有关。对于高电压引起的高电流，人体内对应的电阻值很低！特别是，所有血管中的血液是很好的导体！电气事故中的接触点不同，对人体的影响也相应不同。图7-6所示为高压电气事故中人体电阻的分布图。一、理论知识准备图7-6人体电阻的分布图

（一）电对人体的伤害2．危险电流25V以上的交流电、60V以上的直流电都具有危险性；在德国允许的最大接触电压（根据VDE的标准）是50V交流电以及120V直流电；有大约5mA的电流通过人体时，就可视作是“电气事故”。会产生麻木感，但是仍可以导走电流；体内通过的电流达到大约10mA时，到达了导出电流的极限，人体开始收缩，无法再导走电流！电流的滞留时间也相应增加；30~50mA交流电的长时间滞留会导致呼吸停止以及心室纤维性颤动；经过人体的电流到达大约80mA时，被认为是“致命值”。一、理论知识准备

（一）电对人体的伤害3．电流对人体的伤害电流对人体的伤害分为两种：一种是电伤，另一种是电击。电伤是指电对人体外部造成局部伤害，即由电流的热效应、化学效应、机械效应对人体外部组织或器官的伤害，如电灼伤、金属溅伤、电烙印。电击是指人体与电源直接接触后电流进入人体，造成机体组织损伤和功能障碍，主要是心血管和中枢神经系统的损伤，严重的可导致心跳呼吸停止。一、理论知识准备

（二）新能源汽车维修过程中可能产生的其他危害新能源汽车的主要动力源为蓄电池，常用的镍氢电池电解液为碱性，而锂电池电解液为酸性。对纯电动汽车而言电池包大都安装在底盘下方，可能因为刮擦导致动力蓄电池漏液；即使是混合动力汽车动力蓄电池也可能因为过充过放等极端情况导致蓄电池漏液。无论是酸性电池还是碱性电池漏液都可能与车上的金属元件发生化学反应产生可燃性的有毒气体，如在密闭空间遇明火可能发生爆炸。动力蓄电池漏液不易察觉，因此应采取适当的防护措施。一、理论知识准备

（二）新能源汽车维修过程中可能产生的其他危害新能源汽车中某些零部件可能具有很强的磁场，如果维修技术人员身上有植入体内或便携式医疗电子设备，如心脏起搏器等可能会对自身造成伤害，如确实因需要可向该医疗设备的制造商了解可能会有哪些不利的影响，在确认对自己无害后方可对新能源汽车进行维护。另外新能源汽车上有许多容性和感性负载它们在工作时可能会对外辐射电磁波，而电磁波也会影响医疗设备的性能，维修人员应咨询汽车制造企业各元件是否会对外辐射电磁波，针对可以辐射电磁波的元件要保持足够的安全距离。一、理论知识准备

（三）新能源汽车维修个人防护工具1.绝缘手套绝缘手套又称高压绝缘手套，起到对手或者人体的保护作用，用橡胶、乳胶、塑料等材料做成，具有防电，防水、耐酸碱、防化、防油的功能。适用于电力行业、汽车和机械维修行业。在选用绝缘手套时需要确认操作对象的电压值，所选绝缘手套的耐压等级大于该电压即可。绝缘手套如图7-7所示。一、理论知识准备图7-7绝缘手套

（三）新能源汽车维修个人防护工具1.绝缘手套

绝缘手套使用前需要检查绝缘手套的好坏，检查方法如下：首先检查标签和合格证，看是否在有效期之内；再检查外观有无破损、有无烧灼痕迹、有无毛刺、裂纹、破洞等（重点检测指缝之间的薄壁）；最后进行充气实验，用双手将手套从袖口处垂直于手掌拉开快速旋转手套并捏紧袖口检查是否会漏气。一、理论知识准备

（三）新能源汽车维修个人防护工具2.绝缘垫（绝缘地胶）

绝缘垫又称绝缘毯、绝缘胶垫、绝缘橡胶板、绝缘胶板、绝缘橡胶垫、绝缘地胶、绝缘胶皮、绝缘垫片等，是具有较大体积电阻率和耐电击穿的胶垫。用于需要高压作业的场所。在新能源汽车维修作业车间应安装绝缘地胶，如果条件不允许则应在维修工位可能接触高压的地方安装绝缘垫。绝缘垫（绝缘地胶）的安装如图7-8所示。为保证绝缘垫（绝缘地胶）性能完好，在新能源汽车维修操作开始前需要对绝缘垫或绝缘地胶进行绝缘性检测。检测方法：利用绝缘测试仪对绝缘垫（绝缘地胶）选取至少4个不同的测量点进行测量。一、理论知识准备

（三）新能源汽车维修个人防护工具2.绝缘垫（绝缘地胶）

一、理论知识准备图7-8绝缘垫（绝缘地胶）

（三）新能源汽车维修个人防护工具3.绝缘测试仪（绝缘电阻表）绝缘电阻表又称摇表、兆欧表，绝缘电阻表大多采用手摇发电机供电，故又称摇表。它的刻度是以兆欧（MΩ）为单位的。它是电工常用的一种测量仪表，主要用来检查电气设备、家用电器或电气线路对地及相间的绝缘电阻，以保证这些设备、电器和线路工作在正常状态，避免发生触电伤亡及设备损坏等事故。图7-9所示为绝缘测试仪。一、理论知识准备图7-9绝缘测试仪a)绝缘电阻表;b)数字绝缘测试仪

（三）新能源汽车维修个人防护工具3.绝缘测试仪（绝缘电阻表）

绝缘电阻表的使用方法：根据使用说明连接好线路后需要校表，将红黑两只表笔悬空缓慢顺时针摇动手柄至120r/min指针指向无穷大，将两只表笔短接重复上述操作，指针指向0Ω说明此表性能良好可以使用，使用时将红表笔与被测导体连接，黑色表笔与该导体的壳体相连，顺时针摇动手柄至120r/min，指针示数越靠近无穷大越好；数字绝缘测试仪的使用方法：将表笔按图7-9b)所示连接，选择合适的挡位（比被测导体电压高一个挡位），将两只表笔短接，按下测试按钮或红表笔上“RESET”按钮，电阻为0Ω，将两表笔断开重复上述操作，电阻为无穷大说明此表性能良好。使用时将红表笔与被测导体连接，黑色表笔与该导体的壳体相连，按下测试按钮或红表笔上“RESET”按钮即可测量。因绝缘测试仪工作时会产生高压，在使用绝缘测试仪时需要带上绝缘手套，防止高压电击。一、理论知识准备

（三）新能源汽车维修个人防护工具4.绝缘鞋

绝缘鞋（靴）的作用是使人体与地面绝缘,防止电流通过人体与大地之间构成通路，对人体造成电击伤害,把触电时的危险降低到最小程度，同时带有钢头的绝缘鞋还具有防砸功能。5.绝缘帽绝缘帽是防止在车辆举升状态下对底盘上的高压元件维修时对头部保护，选择绝缘帽的耐压等级需选择比车辆工作电压高一等级，使用绝缘帽需要检查绝缘帽的外观是否有损坏，下颌卡扣及后脑勺处卡扣是否灵活，以及标签合格证和是否过期。一、理论知识准备

（三）新能源汽车维修个人防护工具6.高压放电棒

高压放电棒是利用新型绝缘材料加工而成。它具有能拉长、又能收缩的特点。便携式伸缩型高压放电棒便于在新能源汽车维修下电后，特别是故障车下电后，对车上的感性和容性负载中存储的高压电进行对地放电，确保人身